LVS负载均衡群集（含NAT模式部署）

一、企业群集应用概述

• 1.群集的含义
  Cluster，集群，群集
  由多台主机构成，但对外只表现为一个整体
• 2.问题
  互联网应用中，随着站点对硬件性能，响应速度，服务稳定性，数据可靠性登要求越来越高，单台服务器力不从心
• 3.解决方法
  使用价格昂贵的小型机、大型机
  使用普通服务器构建服务群集

二、企业群集分类

根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型：
负载均衡群集
高可用群集
高性能运算群集

• 2.负载均衡群集（Load Balance Cluster）
  提高应用系统的响应能力、尽可能处理更多的访问请求、减少延迟为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能
  LB的负载分配依赖于主节点的分流算法
• 3.高可用集群（High Availability Cluster）
  提高应用系统的可靠性、尽可能的减少中断时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果
  HA的工作方式包括双工喝主从两种模式
• 4.高性能运算群集（High Performance Computer Cluser）
  提高应用系统的CPU运算速度，扩展硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型，超级计算机的高性能（HPC）能力
  高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力

三、负载均衡群集架构

.负载均衡的结构
第一层，负载调度器（Load Balancer或Director）
第二层，服务器池（Server Pool）
第三层，共享存储（Share Storage）

四、负载均衡群集工作模式分析

• 1.负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型
• 2.群集的负载调度技术有三种工作模式：
  地址转换——NAT模式
  IP隧道——TUN模式
  直接路由——DR模式

NAT模式（地址转换）

1.Network Address Transaction，简称NAT模式
2.类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问入口，也是各节点回应客户机的访问出口
3.服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络，安全性要优于其他两种方式

TUN模式（IP隧道）

1.IP Tunnel，简称TUN模式
2.采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问入口，各节点通过各自的Internet连接直接回应客户机，而不再经过负载调度器
3.服务器节点分散在互联网中的不同位置，具有独立的公网IP地址，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

DR模式（直接路由）

1.Direct Routing,简称DR模式
2.采用半开放式的网络结构，与TUN模式的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一个物理网络
3.负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道

五、关于LVS虚拟服务器

Linux Virtual Server

1.针对Linux内核的负载均衡解决方案
2.1998年5月，由我国的章文嵩博士创建
3.官方网站：http://www.linuxvirtualserver.org/

[root@server ~]# modprobe ip_vs #确认内核对LVS的支持
[root@server ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

LVS的负载调度算法

• 1.轮询（Round Robin）
  将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点（真实服务器），均等地对待每一台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载
• 2.加权轮询（Weighted Round Robin)
  根据调度器设置的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多
  保证性能强的服务器承担更多的访问流量
• 3.最少连接（Least Connections)
  根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接数最少的节点
• 4.加权最少连接（Weighed Least Connections)
  在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重
  性能较高的节点将承担更大比例的活动连接负载

六、使用ipvsadm工具

LVS群集创建与管理

1.创建虚拟服务器
2.添加、删除服务器节点
3.查看群集及节点情况
4.保存负载分配策略

七、案例：LVS-NAT部署

• 案例环境：
  LVS调度器作为Web服务器池的网关，LVS两块网卡，分别连接内外网，使用轮询（rr）调度算法
  

主机名	IP地址	角色	软件包
lvs	192.168.91.10（外网），192.168.10.10（内网）	LVS负载调度器	加载LVS内核模块，ipvsadm软件包
Web1	192.168.10.20	web节点1	http软件包
Web2	192.168.10.30	web节点2	http软件包
nfs	192.168.10.40	nfs远程共享目录	nfs-utils软件包
测试机	192.168.91.50（外网），192.168.10.50（内网）	测试	自带浏览器即可

• 部署步骤
  1.加载ip_vs模块，安装ipvsadm工具
  2.开启路由准发
  3.新建LVS虚拟服务器并添加节点服务器
  4.配置节点服务器
  建立测试网站
  挂载NFS共享存储
  建立测试网页
  5.保存规则并测试

1.NFS存储配置信息

[root@server1 ~]# yum -y install nfs-utils rpcbind

[root@server1 ~]# mkdir /opt/web1
[root@server1 ~]# mkdir /opt/web2
[root@server1 ~]# echo "this is Web1" > /opt/web1/index.html
[root@server1 ~]# echo "this is Web2" > /opt/web2/index.html

[root@server1 ~]# vi /etc/exports
/opt/web1 192.168.10.20(ro)
/opt/web2 192.168.10.30(ro)

[root@server1 ~]# systemctl start nfs
[root@server1 ~]# systemctl start rpcbind
[root@server1 ~]# systemctl enable nfs
[root@server1 ~]# systemctl enable rpcbind
[root@server1 ~]# showmount -e	   ##查看共享存储发布情况

2.配置Web服务器

配置Web1服务器（192.168.10.20）

安装http服务
[root@server1 ~]# yum -y install httpd
配置服务器网关
[root@server1 html]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
GATEWAY=192.168.10.10
挂在NFS共享文件到本地
[root@server1 ~]# mount 192.168.10.40:/opt/web1 /var/www/html
[root@server1 ~]# vi /etc/fstab			#开机自动挂载
192.168.10.40:/opt/web1 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
开启httpd网络验证
[root@server1 ~]# systemctl start httpd
访问//192.168.10.20

配置Web2服务器（192.168.10.30）

安装http服务
[root@server1 ~]# yum -y install httpd
配置服务器网关
[root@server1 html]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
GATEWAY=192.168.10.10
挂在NFS共享文件到本地
[root@server1 ~]# mount 192.168.10.40:/opt/web2 /var/www/html
[root@server1 ~]# vi /etc/fstab
192.168.10.40:/opt/web2 /var/www/html nfs defaults,_netdev 0 0
开启httpd网络验证
[root@server1 ~]# systemctl start httpd
访问//192.168.10.30

3.调度服务器

加一张外网网卡，IP为192.168.91.10
1.加载LVS内核模块
LVS现在已成为Linux内核的一部分，默认编译为ip_vs模块，必要时能够自动调用。以下操作可以手动加载ip_vs模块，并查看当前系统中ip_vs模块的版本信息

[root@server1 ~]# modprobe ip_vs
[root@server1 ~]# cat /proc/net/ip_vs
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn

2.安装管理软件ipvsadm，不需要启动

[root@server1 ~]# yum -y install ipvsadm

3.编辑调度服务器脚本

[root@server1 ~]# vi /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward=1

sysctl -p
[root@server1 ~]# vi nat.sh
#!/bin/bash
echo "net.ipv4.ip_forward=1" >> /etc/sysctl.conf	##开启路由地址转换
sysctl -p
ipvsadm -C									##清除内核虚拟服务器表中的所有记录
ipvsadm -A -t 192.168.1.10:80 -s rr			##创建虚拟服务器
ipvsadm -a -t 192.168.1.10:80 -r 192.168.10.20:80 -m		##添加服务器节点
ipvsadm -a -t 192.168.1.10:80 -r 192.168.10.30:80 -m		##添加服务器节点
ipvsadm -Ln		##查看节点状态，加个“-n”将以数字形式显示地址，端口信息
保存退出
选项注释：
“-A”表示添加虚拟服务器
“-a”表示添加真实服务器
“-t”用来指定VIP地址及TCP端口
“-r”用来指定RIP地址及TCP端口
“-s”用来指定负载均衡调度算法--rr(轮询)、wrr(加权轮询)、lc(最少连接)、wlc(加权最少连接)
“-m”表示使用NAT群集模式（“-g”是DR模式，“-i”是TUN模式）
[root@server1 ~]# sh nat.sh

验证
win7访问http://192.168.1.10，多开几个任务（能轮询看到Web1和Web2的主页）